學生如何才能學好工程力學課程

陳艷霞 李建寶 張柱 梁清香 張俊婷 陳靜

摘要：本文以工程力學課程為例，針對學生在課堂學習過程中所表現出來的一些普遍現象，比如學習積極性不高、無效的學習方法、消極懈怠的學習狀態(tài)等方面，積極查找問題根源，分析尋求解決辦法。據此，本文主要從以下幾個方面進行分析：首先是教師要準確把握工程力學課程的教學內容，盡量做到重點突出，難點分散，使靜力學、材料力學兩塊學習內容既相獨立，找到各自的學習方法，又要體現二者的承接關系，使整個教學內容連貫完整;其次是要在不斷的教學實踐中發(fā)現問題，從教師的教和學生的學兩方面同時著手，師生需要積極配合，以學生為主體，教師可根據課程的教學內容和所面對學生的學科基礎，學生學好工程力學課程的幾個關鍵要素包括吃透基本概念、把握基礎知識、縷清學習內容之間的邏輯關系、尋找適合的學習方法等，同時教師也要積極采取科學有效的教學方法，因勢利導，使學生積極發(fā)揮學習的主觀能動性，輕松愉快的學好工程力學課程。

關鍵詞：工程力學;教學內容;學習方法;教學方法

工程力學研究自然界以及各種工程中機械運動最普遍、最基本的規(guī)律，以構件為研究對象，研究力的兩種作用效應，即外效應（運動）和內效應（變形）。工程力學教材一般包含靜力學和材料力學兩部分，采用理論和試驗相結合的研究方法，在學習中著重培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和抽象化建立力學模型的能力，學會應用工程力學的理論和方法分析解決一些簡單的工程實際問題，為學習后續(xù)專業(yè)課程做必要的知識儲備，同時也為將來學習和掌握新的科學技術創(chuàng)造條件。

一、工程力學課程的研究內容

為適應不同專業(yè)需求，工程力學涵蓋著理論力學和材料力學兩門課程的主要經典內容，知識點構成及學習目標敘述如下：

二、工程力學課程的教學現狀

工程力學課程需要以大學物理和高等數學兩門課程為先導，涉及的內容多、范圍廣以及對數學知識靈活運用有一定的要求。課堂上，學習態(tài)度端正，學習效果較優(yōu)且愿意積極配合老師的學生，他們大多前排就坐;有些學生是心有余而力不足，想學習但是卻找不到適合自己的有效的學習方法，學習效果不明顯;還有些學生是踩著上課鈴聲進教室，悄悄地坐在后排位置，暢游在自己的虛擬世界，自娛自樂。出現這些現象的主要原因有

1.學生缺少明確的奮斗目標。從小學到高中，經歷漫長的學習之旅，金榜題名踏進大學校園，這對于大多數學生而言都算得上是巔峰時刻。大學校園的管理模式和學習方法，將自主權交還給了學生，對于那些沒有學習計劃和長遠規(guī)劃的學生來說，不了解現階段自己的職責是什么，不清楚自己真正需要的是什么以及未來的出路在哪里，于是便開始了沉迷于網絡游戲得過且過的日子，對所學課程提不起興趣，又不愿主動挖掘自己的潛能去學習自己擅長的領域，最終導致無效學習的惡性循環(huán)，出現很多“掛科”記錄。

2.學生缺乏自主學習意識。生活中不善于觀察和發(fā)現問題，也沒有合理提出問題的能力，這是導致學習中理論與實際脫節(jié)，提不起學習興趣的主要原因;再加上部分學生缺乏學習主動性，需要任課教師在課堂上不斷的提醒和督導，才能引導其進入學習狀態(tài)，而這部分學生恰恰是影響課程教學效果的“中堅力量”。

3.學生“身在曹營心在漢”。如果教師關注的只是出勤率，而不適時判定教學效果，那么教學質量很難實現真正意義上的提高。目前的課程考核機制，容易讓學生誤認為學與不學結果都一樣。課后作業(yè)或課堂練習習慣性缺席或借用別人的勞動成果，導致教師不能實時準確地了解學生對知識的掌握程度。少數學生學習態(tài)度不端正，拒絕聽課是導致“學不好”該課程的主要原因。

4.學生缺少實踐的機會。目前的課堂教學模式，按照教學進度安排，時間緊任務重，所以很少安排課堂練習或課堂討論環(huán)節(jié)，有些學生反映上課能聽懂，但是課后做作業(yè)之前還需要再把教材內容過一遍，很難達到下課就能做題的水平。出現這種現象的主要原因是學生沒有真正參與課堂的機會，如果能做到邊講邊練，講練結合，課堂教學效果才會得到明顯的提高。

5.教師教學能力有待提高。教學是一個良心活，這需要教師熱愛自己的本職工作，愿意為提高教學質量投入大量的時間和精力。而現在的情況是，教師除了教學，還要完成一些教科研項目、課程團隊建設、各類評估認證、績效考核等等一系列的工作任務。所以教師備課、修改課件、批改作業(yè)的時間就會少很多，有些教師干脆除了課堂教學，其他與教學相關的環(huán)節(jié)均忽略，雖然這樣做能夠節(jié)省時間，但是教學效果無法保證。

三、扎實基礎知識，是學好工程力學課程的關鍵。

工程力學課程教學內容有很強的邏輯性，靜力學中應用平衡方程求解未知量是重點，而認識約束會畫約束力是基礎，畫受力圖是關鍵的第一步。材料力學中尋找危險截面上的危險點，進而代入強度條件或剛度條件進行校核是重點，而應用截面法求內力并繪制內力圖是基礎。

1.學好靜力學部分的關鍵是認清約束，會畫約束力。

根據約束力的一般畫法可將約束分為以下幾類：

（1）約束力作用線可唯一確定的約束

光滑接觸面約束（圖1a，約束力沿接觸面法線或公法線方向指向受力體，圖1a1）、柔性體約束（圖1b，約束力沿繩子收縮的方向背離受力體，圖1b1）、可動鉸支座約束（圖1c，約束力作用線沿接觸面法線方向，可指向（圖1c1）也可背離（圖1c2）受力體）

（2）約束力作用線需隨機應變的約束

固定鉸支座約束（圖2a，它連接二力桿或二力構件時，約束力沿兩個受力點的連線或延長線（圖2a1），滿足二力平衡條件;運用三力平衡匯交定理（圖2a1）或力偶只能和力偶平衡（圖2a2）或平行力系作用下均可唯一確定約束力作用線方位;除此以外可正交假設畫約束力的方位，圖2a3），光滑圓柱鉸鏈約束（圖2b，內部約束，約束力不拆不畫;拆開以后約束力的畫法同固定鉸支座的畫法，可將銷釘與某一連接件視為一體，根據作用與反作用定律畫受力圖2b1、b2）。617BC4E5-13DD-4894-B481-E0BC6092E2A2

類似的還有徑向軸承約束（圖3a，受力圖3a1）、徑向止推軸承約束（圖3b，受力圖3b1）、球鉸鏈約束（圖3c，受力圖3c1）

（3）固定端約束及約束力的畫法

固定端約束（圖4a）既能限制被約束物體的移動，又能限制其轉動，故約束力和約束力偶同時存在（后面統(tǒng)稱為約束力），平面問題中約束力如圖4a1所示，空間問題中約束力如圖4a2所示。

2.學好材料力學部分的關鍵是掌握分析方法，記清公式。

首先了解各基本變形的受力特點、變形特點，會判斷構件的變形形式;其次掌握應用截面法求內力并繪制內力圖，確定內力的極值;再次掌握應力、變形、應變等基本量的計算;最后能熟練的對構件進行強度、剛度或穩(wěn)定性方面的校核工作，進而判定構件是否具有足夠的承載能力。具體內容見表1-1。

3.熟練掌握應用平衡方程求解未知量的一般步驟是學好工程力學課程的基礎。

無論是靜力學中求解約束力，還是材料力學中應用截面法求解內力，都需要靈活應用平衡方程來解決問題。為了簡化求解過程，減小計算量，求解時需要注意以下幾點：

（1）確定研究對象，認清約束或受力特點，正確繪制受力圖是關鍵;

（2）根據受力圖中力系的特點選擇合適的平衡方程，列平衡方程時不丟三落四;

（3）平衡方程中各量的正負號規(guī)定要保持一致;

（4）不需要求解的未知量盡可能不出現在方程中，即方程中未知量的個數要盡可能的少，具體做法為選擇合適的投影軸（與不需要求解的未知量垂直的軸）、矩心（未知力較集中的點）或取矩的軸（與盡可能多的未知量共面的軸），可避免數學中復雜的聯立求解，簡化計算過程;

（5）物體系統(tǒng)平衡求解時，盡可能遵循先整體后局部，局部選取未知量盡可能少的隔離體，這樣求解會相對簡單;

（6）數值運算要準確，量綱標識要正確。

四、不斷尋求有效教學方法，提高教學質量。

從“板書”到“多媒體”，教學手段在不斷的更新，不管采用哪種教學方法，保證教學質量是前提。

1.學好工程力學需要學生“理解、吃透”基本概念，要求教師對力學基本要素的解釋準確、易懂。

2.對于理解力較弱的學生，可建議他們先采用“死記硬背”法，通過模仿做題再進一步理解和應用，要求教師能因材施教，幫助他們找到適合自己的學習方法。

3.為了提高教學效率，教師可把重要知識點通過提前錄制好微視頻推送給學生，用以課前預習或課后復習使用。

4.課堂上弱化理論推導，教師可通過工程案例講解使學生了解所學知識點在工程中的應用原理，熟悉分析問題的一般方法，培養(yǎng)分析過程的邏輯性和書寫過程的規(guī)范性。

5.在教師指導下，通過課前練習回顧舊知識，通過課堂練習鞏固新知識，同時培養(yǎng)各種學習技能，這也是學生學習過程中的一種主要實踐活動。

6.教學中，教師要著重培養(yǎng)學生良好的學習習慣，激發(fā)學生的學習興趣，實現“要我學”到“我要學”的態(tài)度的轉變。

7.教師要重視教學過程管理，改革課程考核方式，考核結果要能體現“學與不學”的本質區(qū)別，讓學習成為一種習慣。

為了學好工程力學課，教學中以學生為主體，充分發(fā)揮教師的主導作用，樹立加強對學生能力培養(yǎng)和素質教育、強化工程觀點的教學目標，因勢利導，使學生積極發(fā)揮學習的主觀能動性，輕松愉快的學好工程力學課程，以期達到更好的教學效果。

參考文獻：

[1]北京科技大學東北大學編.工程力學.北京：高等教育出版社，2018.2.

[2]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編.理論力學.北京：高等教育出版社，2017.6.

[3]劉鴻文編.材料力學.北京：高等教育出版社，2017.7.

作者簡介：陳艷霞，女，1977年11月生，講師，主要從事基礎力學課程的教學研究。

項目基金

2020年太原科技大學教學改革研究項目（202021）;

2020年山西省高等學校教學改革創(chuàng)新項目（J2020506）。617BC4E5-13DD-4894-B481-E0BC6092E2A2